DE102019208602A1

DE102019208602A1 - Frequenzsteuerung einer störenden Scherwellen-Horizontalmode durch Hinzufügen einer Hochgeschwindigkeitsschicht in einem Lithium-Niobat-Filter

Info

Publication number: DE102019208602A1
Application number: DE102019208602.0A
Authority: DE
Inventors: Tomoya Komatsu
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2019-12-19
Also published as: GB202209964D0; US11095269B2; GB2608512B; KR20190141096A; GB2576401B; SG10201905397TA; JP7250625B2; TW202002304A; US20210336605A1; GB2608512A; US20190386642A1; TWI801604B; JP2019216422A; GB2576401A; CN110601677A; GB201908520D0

Abstract

Eine Elektronikvorrichtung umfasst: einen ersten Akustische-Oberflächenwellen-(SAW)-Resonator und einen zweiten SAW-Resonator, die jeweils verschachtelte Interdigitalwandler-(IDT)-Elektroden umfassen, wobei der erste und zweite SAW-Resonator auf einem gleichen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, wobei der erste SAW-Resonator IDT-Elektroden mit einem anderen Fingerabstand als die IDT-Elektroden des zweiten SAW-Resonators aufweist; eine dielektrische Materialschicht, die auf den IDT-Elektroden des ersten und zweiten SAW-Resonators angeordnet ist; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die innerhalb der dielektrischen Materialschicht angeordnet ist, die auf den IDT-Elektroden des ersten SAW-Resonators angeordnet ist, wobei dem zweiten SAW-Resonator eine Hochgeschwindigkeitsschicht fehlt, die innerhalb der auf den IDT-Elektroden angeordneten dielektrischen Materialschicht angeordnet ist.

Description

Hintergrund
Auf dem Gebiet von Informationskommunikationsvorrichtungen bzw. -geräten, wie z.B. Mobiltelefonen, besteht in zunehmendem Maße der Wunsch, zusätzliche Funktionen in das Gerät aufzunehmen, und gleichzeitig den Raum, der durch eine Elektronikschaltung des Gerätes eingenommen wird, beizubehalten oder zu reduzieren. Verschiedene Informationskommunikationsvorrichtungen umfassen Filter zur Definition von Frequenzbändern, in denen die Vorrichtungen Signale senden und empfangen. Diese Filter können Akustische-Oberflächenwellen-Elemente umfassen, die auf piezoelektrischen Substraten ausgebildet sind. Ein Verfahren zur Reduzierung der Größe solcher Filter kann das Bilden mehrerer Akustische-Oberflächenwellen-Elemente für einen Filter in einer einzelnen integrierten Schaltung oder mehrerer Filter in einer einzelnen integrierten Schaltung umfassen.
Zusammenfassung
Gemäß einem hier offenbarten Aspekt wird eine Elektronikvorrichtung bereitgestellt. Die Elektronikvorrichtung umfasst: einen ersten Akustische-Oberflächenwellen-(SAW)-Resonator und einen zweiten SAW-Resonator, die jeweils verschachtelte Interdigitalwandler-(IDT)-Elektroden umfassen, wobei der erste und zweite SAW-Resonator auf einem gleichen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, wobei der erste SAW-Resonator IDT-Elektroden mit einem anderen Fingerabstand als die IDT-Elektroden des zweiten SAW-Resonators aufweist; eine dielektrische Materialschicht, die auf den IDT-Elektroden des ersten und zweiten SAW-Resonators angeordnet ist; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die innerhalb der dielektrischen Materialschicht angeordnet ist, die auf den IDT-Elektroden des ersten SAW-Resonators angeordnet ist, wobei dem zweiten SAW-Resonator eine Hochgeschwindigkeitsschicht fehlt, die innerhalb der auf den IDT-Elektroden angeordneten dielektrischen Materialschicht angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen weist der erste SAW-Resonator eine Scherwellen-Störmode mit einer Resonanzfrequenz oberhalb einer Antiresonanzfrequenz einer Rayleigh-Schwingungsmode des ersten SAW-Resonators auf.
In einigen Ausführungsformen sind der erste und der zweite SAW-Resonator elektrisch miteinander gekoppelt und sind in einem Abzweigfilter enthalten, der wenigstens einen Reihen-SAW-Resonator umfasst, der elektrisch in Reihe zwischen einem Eingangsport und einem Ausgangsport des Abzweigfilters gekoppelt ist, und wenigstens einen Parallel-SAW-Resonator, der elektrisch zwischen einem Anschluss des wenigstens einen Reihen-SAW-Resonators und einer Masse verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen tritt die Resonanzfrequenz der Scherwellen-Störmode mit einer Frequenz außerhalb eines Durchlassbandes des Abzweigfilters auf.
In einigen Ausführungsformen sind ein Schnittwinkel des piezoelektrischen Substrats und eine Dicke der dielektrischen Materialschicht in Bezug auf den Fingerabstand des ersten SAW-Resonators ausgewählt, um eine Intensität einer Scherwelle bei der Resonanzfrequenz der Scherwellen-Störmode zu minimieren.
In einigen Ausführungsformen besteht die dielektrische Schicht aus Siliziumdioxid.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Hochgeschwindigkeitsschicht ein oder mehrere Materialien aus Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Diamant.
In einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht des ersten SAW-Resonators durch die Hochgeschwindigkeitsschicht in eine obere Schicht und eine untere Schicht aufgeteilt.
In einigen Ausführungsformen befindet sich die Hochgeschwindigkeitsschicht zwischen etwa 0% und etwa 40% der Dicke des dielektrischen Materials über den IDT-Elektroden des ersten SAW-Resonators.
In einigen Ausführungsformen ist die Elektronikvorrichtung in einem Elektronikvorrichtungsmodul enthalten. Das Elektronikvorrichtungsmodul kann ein Hochfrequenz-Vorrichtungsmodul sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Elektronikvorrichtung vorgesehen. Die Elektronikvorrichtung umfasst: einen ersten Filter und einen zweiten Filter, die jeweils Akustische-Oberflächenwellen (SAW) -Resonatoren umfassen, die auf einem gleichen piezoelektrischen Substrat angeordnet sind, wobei der erste Filter ein Durchlassband aufweist, das sich von einem Durchlassband des zweiten Filters unterscheidet; einen dielektrischen Film, der die SAW-Resonatoren des ersten und zweiten Filters bedeckt; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die innerhalb des dielektrischen Films angeordnet ist, der die SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, wobei der zweite Filter einen oder mehrere SAW-Resonatoren ohne die Hochgeschwindigkeitsschicht umfasst.
In einigen Ausführungsformen weist der dielektrische Film, der wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, eine andere Dicke auf als der dielektrische Film, der wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich eine normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, von der normalisierten Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen hat die Hochgeschwindigkeitsschicht, die innerhalb des dielektrischen Films angeordnet ist, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, eine gleiche Dicke wie die Hochgeschwindigkeitsschicht, die innerhalb des dielektrischen Films angeordnet ist und den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen weist die innerhalb des dielektrischen Films angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht, die den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, eine andere Dicke auf als die innerhalb des dielektrischen Films angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht, die den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen ist eine normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, die gleiche wie die normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen umfasst der dielektrische Film, der die SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, einen oberen Abschnitt, der auf einer Oberseite der Hochgeschwindigkeitsschicht angeordnet ist, und einen unteren Abschnitt, der zwischen einer Unterseite der Hochgeschwindigkeitsschicht und einer Oberseite von Interdigitalwandlerelektroden von wenigstens einem der SAW-Resonatoren des ersten Filters angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen hat eine Dicke des unteren Abschnitts des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, eine andere Dicke als der untere Abschnitt des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen ist eine normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, die gleiche wie die normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich eine normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, von der normalisierten Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen hat eine Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, eine andere Dicke als die Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, die den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen ist eine normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters bedeckt, die gleiche ist wie die normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films, die den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des zweiten Filters bedeckt.
In einigen Ausführungsformen ist wenigstens der erste Filter oder der zweite Filter ein Abzweigfilter mit einer Mehrzahl von Reihenresonatoren und einer Mehrzahl von Parallelresonatoren, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb des dielektrischen Films angeordnet ist und wenigstens einen der Mehrzahl von Reihenresonatoren und wenigstens einen der Mehrzahl von Parallelresonatoren bedeckt.
In einigen Ausführungsformen ist wenigstens der erste Filter oder der zweite Filter ein Multimode-SAW-Filter.
In einigen Ausführungsformen ist wenigstens der erste Filter oder der zweite Filter ein Dualmode-SAW-Filter.
In einigen Ausführungsformen ist die Elektronikvorrichtung in einem Elektronikvorrichtungsmodul enthalten. Das Elektronikvorrichtungsmodul kann ein Hochfrequenz-Vorrichtungsmodul sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Akustische-Oberflächenwellen (SAW) -Resonator vorgesehen. Der SAW-Resonator umfasst: eine verschachtelte Interdigitalwandler (IDT)-Elektrode; eine dielektrische Materialschicht, die auf der IDT-Elektrode des SAW-Resonators angeordnet ist; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht, die innerhalb der dielektrischen Materialschicht angeordnet ist, die auf der IDT-Elektrode des SAW-Resonators angeordnet ist.
In einigen Ausführungsformen weist die Hochgeschwindigkeitsschicht ausreichende Abmessungen auf, um zu bewirken, dass ein Temperaturkoeffizient einer Frequenz einer Resonanzfrequenz des SAW-Resonators näher an Null verschoben wird, verglichen mit einem im Wesentlichen ähnlichen SAW-Resonator, bei dem die Hochgeschwindigkeitsschicht fehlt.
In einigen Ausführungsformen umfasst die IDT-Elektrode einen Stapel von wenigstens zwei Schichten, wobei jede der Schichten ein anderes Material umfasst.
Figurenliste
Im Folgenden werden verschiedene Aspekte wenigstens einer Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Figuren erläutert, die nicht maßstabsgetreu sein sollen. Die Figuren dienen der Veranschaulichung und einem besseren Verständnis der verschiedenen Aspekte und Ausführungsformen, wobei sie in diese Beschreibung integriert sind und einen Teil davon bilden, jedoch nicht eine Definition der Grenzen der Erfindung sein sollen. In den Figuren ist jede identische oder nahezu identische Komponente, die in unterschiedlichen Figuren dargestellt ist, durch das gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit muss nicht jede Komponente in jeder Figur gekennzeichnet sein.

1 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Akustische-Oberflächenwellen (SAW)-Resonators;
2 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines Abzweigfilters;
3 veranschaulicht den Frequenzgang der Parameter des Abzweigfilters aus 2;
4 veranschaulicht die Designparameter eines SAW-Resonators;
5 veranschaulicht eine Änderung des Kopplungskoeffizienten (k²) und eines Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) mit einer Änderung einer Dielektrikschichtdicke in einer Ausführungsform eines SAW-Resonators;
6 veranschaulicht eine Änderung der Intensität von Scherwellen-Störsignalen mit einer Änderung der Dielektrikschichtdicke und des Schnittwinkels des piezoelektrischen Substrats in einer Ausführungsform eines SAW-Resonators;
7 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform einer integrierten Schaltung mit einer Mehrzahl von Abzweigfiltern einschließlich SAW-Resonatoren, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind;
8 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines SAW-Resonators mit einer Dielektrikfilmschicht und einer innerhalb der Dielektrikfilmschicht angeordneten Hochgeschwindigkeitsschicht;
9A veranschaulicht die Position eines Schermode-Störsignals in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators, dem eine Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb einer Dielektrikfilmschicht des SAW-Resonators fehlt;
9B veranschaulicht die Position eines Schermode-Störsignals in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators, der eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer ersten Dicke innerhalb einer Dielektrikfilmschicht des SAW-Resonators aufweist;
9C veranschaulicht die Position eines Schermode-Störsignals in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators, der eine Hochgeschwindigkeitsschicht mit einer zweiten Dicke innerhalb einer Dielektrikfilmschicht des SAW-Resonators aufweist;
10 veranschaulicht den Frequenzgang von Parametern eines Abzweigfilters mit Resonatoren einschließlich Dielektrikfilmschichten und Hochgeschwindigkeitsschichten, die innerhalb der Dielektrikfilmschichten angeordnet sind;
11 veranschaulicht einen Frequenzunterschied zwischen einer Antiresonanzfrequenz einer Längsvibrationsmode und einem Schermode-Störsignal in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators;
12 veranschaulicht den Unterschied zwischen einer Antiresonanzfrequenz einer Längsvibrationsmode und der Frequenz eines Schermode-Störsignals in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators mit einer Änderung von Dicke und Position einer Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb eines dielektrischen Films des SAW-Resonators;
13A ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines SAW-Resonators mit einer Dielektrikfilmschicht und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die an einer ersten Stelle innerhalb der Dielektrikfilmschicht angeordnet ist;
13B ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines SAW-Resonators mit einer Dielektrikfilmschicht und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die an einer zweiten Stelle innerhalb der Dielektrikfilmschicht angeordnet ist;
14 veranschaulicht eine Änderung des Kopplungskoeffizienten (k²) in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators mit einer Änderung von Dicke und Position einer Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb eines dielektrischen Films des SAW-Resonators;
15 veranschaulicht eine Änderung des Qualitätsfaktors in einer Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators mit einer Änderung von Dicke und Position einer Hochgeschwindigkeitsschicht innerhalb eines dielektrischen Films des SAW-Resonators;
16A ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines SAW-Resonators mit einer dielektrischen Schicht und einer Hochgeschwindigkeitsschicht, die in der Mitte der dielektrischen Schicht angeordnet ist;
16B veranschaulicht eine Änderung in dem TCF der Resonanzfrequenz einer Längsvibrationsmode des Resonators von 16A mit einer Änderung in der Dielektrikschichtdicke;
16C veranschaulicht eine Änderung in dem TCF der Antiresonanzfrequenz einer Längsvibrationsmode des Resonators von 16A mit einer Änderung in der Dielektrikschichtdicke;
17 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Abzweigfilters;
18 veranschaulicht ein Beispiel für Unterschiede in Filmdicken für Resonatoren von zwei Filtern, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat gebildet wurden;
19 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für Unterschiede in Filmdicken für Resonatoren von zwei Filtern, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat gebildet wurden;
20 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für Unterschiede in Filmdicken für Resonatoren von zwei Filtern, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat gebildet wurden;
21 veranschaulicht ein weiteres Beispiel für Unterschiede in Filmdicken für Resonatoren von zwei Filtern, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat gebildet wurden;
22A veranschaulicht eine Ausführungsform eines SAW-Resonators;
22B veranschaulicht eine Ausführungsform eines multimodalen SAW-Filters;
23 ist ein Blockdiagramm eines Frontend-Moduls, in dem jeder der hierin offenbarten Filter implementiert werden kann; und
24 ist ein Blockdiagramm einer Drahtlosvorrichtung, in der jeder der hierin offenbarten Filter implementiert werden kann.

Detaillierte Beschreibung
Aspekte und Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, umfassen Filterstrukturen für Drahtloskommunikationsvorrichtungen sowie Verfahren zu deren Herstellung, die ein niedriges Niveau an Scherwellen-Störmoden innerhalb von Durchlassbändern der Filter aufweisen. Zu den spezifischen Ausführungsformen gehören Abzweigfilterstrukturen einschließlich Akustische-Oberflächenwellen-Elemente mit dielektrischen Beschichtungen mit Zusammensetzungen und Dicken, die so ausgewählt sind, um einen gewünschten Parameter zu erreichen, wie beispielsweise einen Temperaturkoeffizient der Frequenz, einen Qualitätsfaktor und einen Kopplungskoeffizient, und minimale Scherwellen-Störmoden innerhalb von Durchlassbändern der Filter.
Hierin offenbarte Aspekte und Ausführungsformen umfassen HF-Filter, die auf einem piezoelektrischen Substrat aufgebaut sind, z.B. LiNbO₃ oder LiTaO₃, und weisen eine Abzweigstruktur mit Reihen- und Parallelresonatoren auf. Die Resonatoren können Akustische-Oberflächenwellen-Resonatoren (SAW-Resonatoren) mit verschachtelten Interdigitalwandlerelektroden (IDT-Elektroden) umfassen, die von einem dielektrischen Film bedeckt sind, beispielsweise SiO₂, oder einer Kombination aus dielektrischen Filmen, beispielsweise SiO₂ und Si₃N₄.
Eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines SAW-Resonators ist in 1 dargestellt, die im Allgemeinen mit Bezugszeichen 100 gekennzeichnet ist. Der SAW-Resonator 100 umfasst eine Mehrzahl von IDT-Elektroden 105, die auf einem piezoelektrischen Substrat 110 angeordnet sind. Das piezoelektrische Substrat 110 kann beispielsweise aus LiNbO₃, LiTaO₃ oder einem anderen piezoelektrischen Material bestehen oder diese umfassen. In der in 1 dargestellten spezifischen Ausführungsform ist das piezoelektrische Substrat 110 128°YX-LiNbO₃. Die Mehrzahl der IDT-Elektroden 105 und das piezoelektrische Substrat 110 sind mit einer Schicht aus dielektrischem Material 115, zum Beispiel Siliziumdioxid (SiO₂), bedeckt. In jeder der hierin offenbarten Ausführungsformen kann die Schicht aus dielektrischem Material 115 mit einer zweiten Schicht aus dielektrischem Material bedeckt sein, zum Beispiel Siliziumnitrid (Si₃N₄), das eine Passivierung und Frequenztrimmung des SAW-Resonators 100 ermöglichen kann. Diese zweite Schicht aus dielektrischem Material entfällt aus Gründen der Einfachheit in den Figuren. Die IDT-Elektroden 105 sind in 1 als eine untere Schicht 105A und eine obere Schicht 105B dargestellt. Die untere Schicht 105A kann beispielsweise Wolfram oder Molybdän umfassen oder daraus bestehen, und die obere Schicht 105B kann beispielsweise Aluminium umfassen oder daraus bestehen. Obwohl die in den anderen Figuren dieser Anmeldung dargestellten IDT-Elektroden zur Vereinfachung als eine einzige Materialschicht dargestellt sind, wird bevorzugt, dass die IDT-Elektroden in einer der hierin offenbarten Ausführungsformen aus einem einzigen Material oder aus mehreren Schichten verschiedener Materialien ausgebildet sein können.
Mehrere SAW-Resonatoren können zu einem Abzweigfilter zusammengesetzt sein. Eine Ausführungsform eines Abschnitts eines Abzweigfilters ist in 2 dargestellt. Der Abschnitt des Abzweigfilters umfasst einen einzelnen Reihenresonator Res1, der in Reihe zwischen Eingangs- und Ausgangsports Port1 und Port2 des Abschnitts des Abzweigfilters angeordnet ist, und einen einzelnen Parallelresonator Res2, der elektrisch parallel zwischen einem Anschluss des Reihenresonators Res1 und Masse geschaltet ist. Die Resonatoren Res1 und Res2 können unterschiedliche Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen aufweisen, wobei der Reihenresonator Res1 typischerweise eine höhere Resonanzfrequenz aufweist als die Resonanzfrequenz des Parallelresonators Res2 sowie eine höhere Antiresonanzfrequenz als die Antiresonanzfrequenz des Parallelresonators Res2.
Eine Simulation des Verhaltens der Resonatoren Res1 und Res2 und des Abschnitts des Abzweigfilters ist in 3 dargestellt. Die Kurven der Impedanzparameter Y21 der Längswellen-(Rayleigh)-Schwingungsmoden der Resonatoren Res1 und Res2 weisen Diskontinuitäten auf, die mit Bezugszeichen 305 und 310 gekennzeichnet sind, da während des Betriebs Scherwellen-Vibrationsmoden auftreten. Die Diskontinuitäten in den Impedanzparameterkurven der Resonatoren Res1 und Res2 führen zu Diskontinuitäten, angegeben bei 315 und 320, im Übertragungsparameter S21 von Port1 nach Port2 des Abzweigfilters. Die Diskontinuitäten 315 und 320 sind insofern unerwünscht, als sie das Verhalten des Abzweigfilters beeinträchtigen.
Verschiedene Parameter der SAW-Resonatoren, die eingestellt werden können, umfassen den Abstand zwischen den IDT-Elektroden 105, der wiederum die Wellenlänge λ der Resonanzfrequenz des Resonators, die Dicke h_SiO2 der dielektrischen Schicht 115 und den Schnittwinkel des piezoelektrischen Kristallsubstrats definiert. Diese Parameter sind in 4 dargestellt, wobei der Schnittwinkel des piezoelektrischen Kristallsubstrats als „xxx“ bezeichnet wird.
Die Dicke h_SiO2 der dielektrischen Schicht 115 beeinflusst den Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) eines SAW-Resonators und den Kopplungskoeffizienten k² zwischen den IDT-Elektroden 105 und dem piezoelektrischen Substrat 110, wie in 5 dargestellt ist. Die relative Dicke h_SiO2/λ der dielektrischen Schicht 115 wird daher typischerweise gewählt, um gewünschte Werte für diese Parameter in einem SAW-Resonator zu erreichen. Sobald die relative Dicke h_SiO2/λ der dielektrischen Schicht 115 ausgewählt ist, kann der Schnittwinkel xxx des piezoelektrischen Kristallsubstrats ausgewählt werden, um die Intensität des Scherwellen-Störsignals zu minimieren. Wie in 6 dargestellt ist, kann ein Schnittwinkel von 129 Grad (°) gewählt werden, um Scherwellen-Störsignale in einer Ausführungsform eines SAW-Resonators mit einer relativen Dicke h_SiO2/λ der dielektrischen Schicht zwischen 25% und 30% zu minimieren, während ein flacherer Schnittwinkel von beispielsweise etwa 127 Grad geeignet sein kann, Scherwellen-Störsignale in einer Ausführungsform eines SAW-Resonators mit einer relativen Dicke h_SiO2/λ der dielektrischen Schicht von mehr als 35% zu unterdrücken.
In einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise in 7 schematisch dargestellt ist, können mehrere Filterabschnitte, die als Filterabschnitte f₁ , f₂ , f₃ und f₄ bezeichnet werden und unterschiedliche Resonatoren Res1 - Res8 mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (und damit unterschiedliche λ-Parameter) aufweisen, in einem einzigen Chip auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sein. Da die λ-Parameter der verschiedenen Resonatoren der verschiedenen Filterabschnitte f₁ , f₂ , f₃ und f₄ unterschiedlich sein können, kann eine unterschiedliche Dicke h_SiO2 der dielektrischen Schichten, die die IDT-Elektroden der verschiedenen Filterabschnitte bedecken, gewünscht sein, um relative Dicken h_SiO2/λ der dielektrischen Schichten jedes Resonators der Filterabschnitte zu erhalten, um einen gewünschten TCF und k² für jeden Resonator jedes Filterabschnitts bereitzustellen. Die Bildung von Bereichen der dielektrischen Schicht 115 mit unterschiedlichen Dicken an den den verschiedenen Resonatoren entsprechenden Stellen stellt eine fertigungstechnische Herausforderung dar. Sobald die relativen Dicken h_SiO2/λ der dielektrischen Schichten für jeden der Resonatoren ausgewählt sind, kann der Schnittwinkel des piezoelektrischen Kristallsubstrats nicht separat für jeden der Resonatoren ausgewählt werden, um die Scherwellen-Störsignale in jedem der Filterabschnitte zu unterdrücken, da die Filterabschnitte jeweils auf demselben Substrat ausgebildet sind.
Es wurde festgestellt, dass durch das Hinzufügen einer Schicht aus einem Material mit einer höheren akustischen Geschwindigkeit als das dielektrische Material innerhalb der dielektrischen Schicht 115 die Frequenz, bei der die Diskontinuität in der Impedanzparameterkurve eines SAW-Resonators aufgrund der Erzeugung von Scherwellen-Störmoden auftritt, verschoben werden kann. Die Materialschicht mit der höheren akustischen Geschwindigkeit als die dielektrische Schicht 115 kann als „Hochgeschwindigkeitsschicht“ bezeichnet werden. Ein Beispiel für die Einbeziehung einer Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in eine Ausführungsform eines SAW-Resonators, im Allgemeinen mit Bezugszeichen gekennzeichnet, ist in 8 dargestellt. In Ausführungsformen, in denen die dielektrische Schicht 115 SiO₂ ist, kann die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 Si₃N₄, Siliziumoxynitrid (SiO_xN_y), Aluminiumnitrid (AIN), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Diamant oder andere Materialien mit einer höheren akustischen Geschwindigkeit als SiO₂, wie es im Stand der Technik bekannt ist, umfassen oder daraus bestehen. Die Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 ist in 8 mit h gekennzeichnet, wobei die relative Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 hierin mit h/λ bezeichnet ist.
In Ausführungsformen, in denen die dielektrische Schicht 115 durch die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in einen oberen Abschnitt 115A und einen unteren Abschnitt 115B aufgeteilt ist, wird die Summe der Dicken des oberen und unteren Abschnitts 115A, 115B als die Dicke h_SiO2 der dielektrischen Schicht 115 betrachtet. In Ausführungsformen, bei denen die dielektrische Schicht 115 durch die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in einen oberen Abschnitt 115A und einen unteren Abschnitt 115B aufgeteilt ist, werden der obere Abschnitt 115A und der untere Abschnitt 115B im Folgenden gemeinsam als die dielektrische Schicht 115 bezeichnet. Das Vorhandensein der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 kann einen Einfluss auf die TCF- und k² -Parameter eines Resonators mit einer dielektrischen Schicht 115 mit einer relativen Dicke h_SiO2/λ im Vergleich zu dem Resonator mit der gleichen relativen Dicke h_SiO2/λ, aber ohne die Hochgeschwindigkeitsschicht 805, haben. Dementsprechend kann in Ausführungsformen, in denen der dielektrischen Schicht 115 eines Resonators mit einer relativen Dicke h_SiO2/λ eine Hochgeschwindigkeitsschicht 805 hinzugefügt wird, um die gewünschten TCF- und k² -Parameter zu erreichen, die relative Dicke h_SiO2/λ der dielektrischen Schicht 115 angepasst werden, um einen Einfluss der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 auf die TCF- und k²-Parameter zu kompensieren.
Die Auswirkung der Einbeziehung der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in die dielektrische Schicht 115 eines Resonators, wie in 8 dargestellt ist, ist in den 9A-9C dargestellt. 9A veranschaulicht die Impedanzparameter-Y21-Kurve des Resonators ohne Hochgeschwindigkeitsschicht (eine relative Dicke h/λ von Null).
Eine Diskontinuität 905 in der Impedanzparameterkurve ist zwischen den Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen 910, 915 des Resonators deutlich erkennbar. 9B veranschaulicht die Auswirkung des Hinzufügens einer Hochgeschwindigkeitsschicht 805 mit einer relativen Dicke h/λ von 1% in der dielektrischen Schicht 115 eines Resonators, wie in 8 dargestellt ist. Die Zugabe der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 verschiebt die Diskontinuität 905 in der Impedanzparameterkurve oberhalb der Antiresonanzfrequenz 915 und verringert auch die Größe der Diskontinuität 905 im Vergleich zu der in 9A dargestellten. 9C veranschaulicht die Auswirkung des Hinzufügens einer Hochgeschwindigkeitsschicht 805 mit einer relativen Dicke h/Ä von 4% in der dielektrischen Schicht 115 eines Resonators, wie in 8 dargestellt ist. Die Diskontinuität 905 in der Impedanzparameterkurve ist weiter nach oben verschoben und gegenüber der in 9B dargestellten Größe weiter verringert.
10 veranschaulicht den Einfluss auf das Filterverhalten eines Filters, ähnlich wie in 2 dargestellt ist, wenn eine Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in die dielektrischen Schichten 115 der Resonatoren des Filters einbezogen ist, wie in 8 dargestellt ist. Vergleicht man die in 10 dargestellte Übertragungsparameterkurve 1005 mit der in 3 dargestellten, so ist ersichtlich, dass aufgrund der Frequenzverschiebungen, bei denen die Diskontinuitäten 305, 310 in den Impedanzparameterkurven der Resonatoren auftreten, die Diskontinuität in der Impedanzparameterkurve, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 315 in 3, eliminiert wurde, wobei die Diskontinuität, gekennzeichnet mit Bezugszeichen 320 in 3, in der Größe deutlich reduziert und in der Frequenz verschoben wurde, um effektiv außerhalb des Durchlassbereiches des Filters zu sein.
Wiederum mit Bezug auf 9A-9C, kann die Diskontinuität 905 in der Längsmode-Impedanzparameterkurve eines Resonators einer Resonanz in einer Scherwellen-Vibrationsmode im Resonator entsprechen. Wie in 10 dargestellt ist, kann ein Verhalten eines Abzweigfilters mit SAW-Resonatoren verbessert werden, indem die Frequenzdifferenz zwischen den Antiresonanzfrequenzen der Längswellen-Vibrationsmoden (Rayleigh-Mode) der Resonatoren und den Resonanzfrequenzen der Scherwellen-Vibrationsmoden der Resonatoren erhöht wird. Diese Frequenzdifferenz wird als Frequenzdifferenz d in 11 dargestellt. Die Frequenzdifferenz d kann eine Funktion der Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 und der Position der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 eines Resonators sein. Wie in 12 dargestellt ist, nimmt beispielsweise die Frequenzdifferenz d (der „SH f_s - Rayleigh f_p “-Parameter in 12) mit der relativen Dicke h/λ der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 zu (der „SiN-Dicke/λ“ Parameter in 12). In einigen Ausführungsformen liegt die relative Dicke h/Ä der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 zwischen etwa 0,1% und etwa 5%. Die Frequenzdifferenz d nimmt auch im Allgemeinen zu, wenn eine Position der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 abnimmt, obwohl die Frequenzdifferenz d etwas abnimmt, wenn die Position der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 von 20% der Dicke der dielektrischen Schicht 115 auf 0% abnimmt. Die Position der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 wird hierin als prozentuale Dicke der dielektrischen Schicht 115 beschrieben, die unterhalb der Unterseite der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 angeordnet ist - das Verhältnis zwischen den in 8 dargestellten Abständen t/T. Die Bedeutung der prozentualen Dicken der dielektrischen Schicht 115, bei der sich die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 befindet, ist in den 13A und 13B näher erläutert. Eine Position bei 100% der Dicke der dielektrischen Schicht 115 ist eine Position auf der gesamten dielektrischen Schicht 115, wie in 13A dargestellt ist. Eine Position bei 0% der Dicke der dielektrischen Schicht 115 ist eine Position direkt auf den IDT-Elektroden 105 in der dielektrischen Schicht 115, wie in 13B dargestellt ist.
Der Kopplungskoeffizient k² und der Qualitätsfaktor Q eines Resonators können auch von der Dicke und Lage der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 abhängig sein. Wie in 14 dargestellt ist, kann der Kopplungskoeffizient k² eines Resonators mit zunehmender relativer Dicke (SiN-Dicke/λ) der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 abnehmen und mit abnehmender Höhe der Position der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 zunehmen. Ebenso kann, wie in 15 dargestellt ist, der Qualitätsfaktor (Q) eines Resonators mit zunehmender relativer Dicke (SiN-Dicke/λ) der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 abnehmen und mit abnehmender Höhe der Lage der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 zunehmen.
In Anbetracht der in den 12, 14 und 15 dargestellten Beziehungen können wünschenswerte Resonatorparameter erreicht werden, wenn die Höhe der Position der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 weniger als etwa 40% der Dicke der dielektrischen Schicht 115, aber mehr als etwa 2% der Dicke der dielektrischen Schicht 115 über der Oberseite der IDT-Elektroden 105 beträgt. Die relative Dicke h/Ä (oder SiN-Dicke/λ, wie in den 12, 14 und 15 dargestellt) der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 kann ausgewählt werden, um ein gewünschtes Gleichgewicht zwischen der Frequenzdifferenz zwischen der Antiresonanzfrequenz der Längswellen-Vibrationsmode (Rayleigh-Mode) eines Resonators und der Resonanzfrequenz der Scherwellen-Vibrationsmode, dem Qualitätsfaktor des Resonators und dem Kopplungskoeffizienten des Resonators zu erreichen.
Eine Änderung des TCF der Resonanzfrequenz mit einer Änderung der relativen Dielektrikschichtdicke h_SiO2/λ eines Resonators mit einer innerhalb der dielektrischen Schicht 115 angeordneten Hochgeschwindigkeitsschicht 805, wie in 16A dargestellt ist, ist in 16B dargestellt. Die dielektrische Schichtdicke h_SiO2 ist die Summe aus der Dicke des oberen Abschnitts 115A des dielektrischen Films 115 und der Dicke des unteren Abschnitts 115B des dielektrischen Films 115. Die Änderung des TCF der Resonanzfrequenz mit einer Änderung der relativen Dielektrikschichtdicke h_SiO2/λ für einen Resonator ähnlich dem von 16A, aber ohne eine in der dielektrischen Schicht 115 angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht 805, ist zum Vergleich auch in 16B dargestellt. Eine Änderung des TCF der Antiresonanzfrequenz des Resonators von 16A mit einer Änderung der relativen Dielektrikschichtdicke h_SiO2/λ ist in 16C dargestellt. Die Änderung des TCF der Antiresonanzfrequenz mit einer Änderung der relativen Dielektrikschichtdicke h_SiO2/λ für einen Resonator ähnlich dem von 16A, aber ohne eine in der dielektrischen Schicht 115 angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht 805, ist zum Vergleich auch in 16C dargestellt. Wie in den 16B und 16C zu sehen ist, wird der TCF sowohl der Resonanzfrequenz als auch der Antiresonanzfrequenz durch die Einbeziehung der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in die dielektrische Filmschicht 115 verbessert (näher an Null verschoben).
Ein Abzweigfilter kann eine Mehrzahl von Reihenresonatoren umfassen, die elektrisch in Reihe zwischen einem Eingangsport und einem Ausgangsport gekoppelt sind, und eine Mehrzahl von Parallelresonatoren, die zwischen Anschlüssen der Reihenresonatoren und Masse verbunden sind. Ein Beispiel für einen Abzweigfilter ist in 17 schematisch dargestellt, wobei die Reihenresonatoren an S1, S2, S3 und S4 und die Parallelresonatoren mit P1, P2 und P3 gekennzeichnet sind. In einigen Ausführungsformen kann eine Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in der dielektrischen Schicht 115 nur in denjenigen Resonatoren ausgebildet sein, in denen man einen TCF einstellen möchte, oder nur in denjenigen Resonatoren, die eine störende Scherwelle unterhalb zwischen ihren jeweiligen Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen aufweisen. In einigen Ausführungsformen eines Abzweigfilters, wie in 17 dargestellt ist, kann nur ein Parallelresonator oder eine Untermenge der Parallelresonatoren, beispielsweise der Resonator P3, oder alternativ ein Reihenresonator oder eine Untermenge der Reihenresonatoren S1, S2, S3 und S4, eine Hochgeschwindigkeitsschicht 805 umfassen, die in einer dielektrischen Schicht 115 ausgebildet ist, die die IDT-Elektroden des Resonators bedeckt, während die anderen Resonatoren keine Hochgeschwindigkeitsschicht 805 umfassen, die in einer dielektrischen Schicht 115 ausgebildet ist, die die jeweiligen IDT-Elektroden der jeweiligen anderen Resonatoren bedeckt.
Für Ausführungsformen, die mehrere Filter umfassen, die auf einem gemeinsamen piezoelektrischen Substrat ausgebildet sind, zum Beispiel, wie in 7 dargestellt ist, kann nur eine Untermenge der Filter Resonatoren mit einer Hochgeschwindigkeitsschicht 805 umfassen, die in der dielektrischen Schicht 115 ausgebildet ist, und die die IDT-Elektroden eines oder mehrerer Resonatoren der Untermenge der Filter bedeckt. Alternativ kann nur eine Untermenge der Filter einen Resonator umfassen, dem die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 fehlt. So können beispielsweise in dem in 7 schematisch dargestellten Chip die Filter f₁ und f₄ eine Hochgeschwindigkeitsschicht 805 aufweisen, die in der dielektrischen Schicht 115 ausgebildet ist und die die IDT-Elektroden eines oder mehrerer Resonatoren der Filter bedeckt, während die Filter f₂ und f₃ dies nicht tun. Alternativ kann jeder der Filter f₁ , f₂ , f₃ und f₄ wenigstens einen Resonator mit einer Hochgeschwindigkeitsschicht 805 umfassen, die innerhalb einer jeweiligen dielektrischen Schicht 115 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann bei Filtern mit einer Hochgeschwindigkeitsschicht 805, die in der dielektrischen Schicht 115 ausgebildet ist und die die IDT-Elektroden eines oder mehrerer Resonatoren der Filter bedeckt, die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 über wenigstens einem Reihenresonator und wenigstens einem Parallelresonator ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann in Filtern mit einer in der dielektrischen Schicht 115 ausgebildeten Hochgeschwindigkeitsschicht 805, die die IDT-Elektroden eines oder mehrerer Resonatoren der Filter bedeckt, die Hochgeschwindigkeitsschicht 805 über jedem der Reihenresonatoren und jedem der Parallelresonatoren ausgebildet sein.
In einem Filter mit Resonatoren mit unterschiedlichen Resonanz- und Antiresonanzfrequenzen oder in einem Chip mit Filtern mit unterschiedlichen Durchlassbändern können die relativen Dicken der oberen und unteren Abschnitte 115A und 115B der dielektrischen Schicht 115 und der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 in den verschiedenen Resonatoren oder Filtern nach unterschiedlichen Kriterien ausgewählt sein. In einem Beispiel eines Chips 1800, der einen ersten Filter f₁ und einen zweiten Filter f₂ umfasst, wobei das Durchlassband des Filters f₁ eine niedrigere Frequenz aufweist als das Durchlassband des Filters f₂ , können die IDT-Elektroden 105 von Resonatoren im Filter f₁ eine größere Periode aufweisen als die IDT-Elektroden 105 in Resonatoren des Filters f₂ . In einigen Ausführungsformen kann der obere Abschnitt 115A auf der dielektrischen Schicht 155 auf dem/den Resonator(en) mit der schmaleren (kleineren) IDT-Elektrodenperiode zurückgeätzt werden, um die normalisierte Dicke h_SiO2/λ in den Resonatoren mit der größeren IDT-Elektrodenperiode und die Resonatoren mit der schmaleren IDT-Elektrodenperiode auszurichten. Die Ausrichtung der normalisierten Dicke h_SiO2/λ in den Resonatoren auf die größere IDT-Elektrodenperiode und die Resonatoren mit der schmaleren IDT-Elektrodenperiode können den verschiedenen Resonatoren ähnliche Kopplungskoeffizienten k² , TCF und Pegel von Scherwellenmode-Störsignalen bereitstellen (siehe 5 und 6.) Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist in 18 dargestellt.
In einer Modifikation des Chips 1800 kann die Hochgeschwindigkeitsschicht 805, die über den IDT-Elektroden 105 in Resonatoren des Filters f₂ angeordnet ist, zurückgeätzt sein, um die normalisierte Dicke h/λ zwischen den Resonatoren der beiden Filter auszurichten. Dadurch können die verschiedenen Resonatoren mit ähnlichen Frequenzunterschieden zwischen den Antiresonanzfrequenzen der Längswellen-Vibrationsmode (Rayleigh-Mode) und der Resonanzfrequenz der Scherwellen-Vibrationsmode, mit ähnlichen Qualitätsfaktoren und ähnlichen Kopplungskoeffizienten k² (siehe 12, 14 und 15) versehen werden. Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist im Allgemeinen mit Bezugszeichen 1900 in 19 gekennzeichnet.
In einer weiteren Ausführungsform eines Chips 2000, der einen ersten Filter f₁ und einen zweiten Filter f₂ umfasst, wobei das Durchlassband des Filters f₁ eine niedrigere Frequenz aufweist als das Durchlassband des Filters f₂ , und die IDT-Elektroden 105 der Resonatoren im Filter f₁ eine größere Periode aufweisen als die IDT-Elektroden 105 in den Resonatoren des Filters f₂ , kann der untere Abschnitt 115B des dielektrischen Films 115, der über den IDT-Elektroden 105 in Resonatoren des Filters f₂ angeordnet ist, zurückgeätzt sein, um die normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht 805 innerhalb der dielektrischen Schicht 115 zwischen den Resonatoren der verschiedenen Filter auszurichten. Dies kann eine Optimierung der Frequenzdifferenz zwischen den Antiresonanzfrequenzen der Längswellen-Vibrationsmode (Rayleigh-Mode) und der Resonanzfrequenz der Scherwellen-Vibrationsmode, der Qualitätsfaktoren und der Kopplungskoeffizienten k² in jedem der verschiedenen Resonatoren ermöglichen. (Siehe 12, 14 und 15.) Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist in 20 dargestellt.
In einer Modifikation des Chips 2000 kann die Hochgeschwindigkeitsschicht 805, die über den IDT-Elektroden 105 in Resonatoren des Filters f₂ angeordnet ist, zurückgeätzt sein, um die normalisierte Dicke h/λ zwischen den Resonatoren der beiden Filter auszurichten. Dadurch können die verschiedenen Resonatoren mit ähnlichen Frequenzunterschieden zwischen den Antiresonanzfrequenzen der Längswellen-Vibrationsmode (Rayleigh-Mode) und der Resonanzfrequenz der Scherwellen-Vibrationsmode, ähnlichen Qualitätsfaktoren und ähnlichen Kopplungskoeffizienten k² (siehe 12, 14 und 15) versehen werden. Ein Beispiel für diese Ausführungsform ist im Allgemeinen mit Bezugszeichen 2100 in 21 gekennzeichnet.
Die verschiedenen Kombinationen von Dicken der dielektrischen Schichten 115 und der Hochgeschwindigkeitsschichten 85, die in 18-21 dargestellt sind, können für verschiedene Resonatoren innerhalb eines einzelnen Filters oder für verschiedene Resonatoren in verschiedenen Filtern gelten.
Jeder der hierin offenbarten Aspekte und Ausführungsformen kann in einem SAW-Resonator, dessen Beispiel in 22A dargestellt ist, oder einem Multimode-SAW-Filter, dessen Beispiel in 22B dargestellt ist, eingesetzt werden. Der Multimode-SAW-Filter von 22B kann ein Dualmode-SAW-Filter sein (ein DMS-Filter).
Filter, wie sie in einer der oben genannten Ausführungsformen dargestellt sind, können in einer Mehrzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 23 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Frontend-Moduls 2200 dargestellt, das in einer elektronischen Vorrichtung, wie beispielsweise einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung (z.B. einem Mobiltelefon), verwendet werden kann. Das Frontend-Modul 2200 umfasst einen Antennenduplexer 2210 mit einem gemeinsamen Knoten 2212, einem Eingangsknoten 2214 und einem Ausgangsknoten 2216. Eine Antenne 2310 ist mit dem gemeinsamen Knoten 2212 verbunden. Das Frontend-Modul 2200 umfasst weiterhin eine Senderschaltung 2232, die mit dem Eingangsknoten 2214 des Duplexers 2210 verbunden ist, und eine Empfängerschaltung 2234, die mit dem Ausgangsknoten 2216 des Duplexers 2210 verbunden ist. Die Senderschaltung 2232 kann Signale zur Übertragung über die Antenne 2310 erzeugen, und die Empfängerschaltung 2234 kann über die Antenne 2310 empfangene Signale empfangen und verarbeiten. In einigen Ausführungsformen sind die Empfänger- und Senderschaltungen als separate Komponenten implementiert, wie in 23 dargestellt ist; in anderen Ausführungsformen können diese Komponenten jedoch in eine gemeinsame Sender-Empfänger-Schaltung oder ein gemeinsames Modul integriert sein. Wie der Fachmann bevorzugt, kann das Frontend-Modul 2200 andere Komponenten umfassen, die nicht in 23 dargestellt sind, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schalter, elektromagnetische Koppler, Verstärker, Prozessoren und dergleichen.
Der Antennenduplexer 2210 kann ein oder mehrere Sendefilter 2222 umfassen, die zwischen dem Eingangsknoten 2214 und dem gemeinsamen Knoten 2212 geschaltet sind, und ein oder mehrere Empfangsfilter 2224, die zwischen dem gemeinsamen Knoten 2212 und dem Ausgangsknoten 2216 geschaltet sind. Das Durchlassband (die Durchlassbänder) des Sendefilters bzw. der Sendefilter unterscheiden sich von dem Durchlassband (den Durchlassbändern) der Empfangsfilter. Jeder der Sendefilter 2222 und der Empfangsfilter 2224 kann eine Ausführungsform eines Filters umfassen, wie es hierin offenbart ist. Ein Induktor oder eine andere passende Komponente 2240 kann am gemeinsamen Knoten 2212 angeschlossen sein.
In bestimmten Beispielen sind die im Sendefilter 2222 und/oder im Empfangsfilter 2224 verwendeten Akustische-Oberflächenwellen-Elemente auf einem einzigen piezoelektrischen Substrat angeordnet. Diese Struktur reduziert den Einfluss von Temperaturänderungen auf die Frequenzgänge der jeweiligen Filter, insbesondere die Verschlechterung der Durchlass- oder Dämpfungseigenschaften der Filter aufgrund von Temperaturänderungen, da sich jedes Akustische-Oberflächenwellen-Element in jedem der Filter als Reaktion auf Änderungen der Umgebungstemperatur ähnlich verändert. In Fällen, in denen es eine Temperaturänderung des ersten der Filter aufgrund von Wärme gibt, die durch das Substrat von dem zweiten der Filter auf den ersten der Filter übertragen wird, kann die Verwendung einer Hochgeschwindigkeitsschicht im dielektrischen Film in einem ersten der Filter die Verschlechterung der Durchgangs- oder Dämpfungseigenschaften weiter reduzieren. Darüber hinaus kann diese Anordnung (die auf dem einzelnen piezoelektrischen Substrat angeordnet ist) auch eine geringe Größe des Sendefilters 2222 oder des Empfangsfilters 2224 ermöglichen.
24 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Drahtlosvorrichtung 2300 mit dem in 23 dargestellten Antennenduplexer 2210. Die Drahtlosvorrichtung 2300 kann ein Mobiltelefon, Smartphone, Tablett, Modem, Kommunikationsnetzwerk oder eine andere tragbare oder nicht tragbare Vorrichtung sein, die für Sprach- oder Datenkommunikation ausgebildet ist. Die Drahtlosvorrichtung 2300 kann Signale von der Antenne 2310 empfangen und senden. Die Drahtlosvorrichtung umfasst eine Ausführungsform eines Frontend-Moduls 2200', ähnlich dem oben diskutierten mit Bezug auf 23. Das Frontend-Modul 2200' umfasst den Duplexer 2210, wie vorstehend erläutert. In dem in 24 dargestellten Beispiel umfasst das Frontend-Modul 2200' weiterhin einen Antennenschalter 2250, der ausgebildet sein kann, um zwischen verschiedenen Frequenzbändern oder Moden, wie beispielsweise Sende- und Empfangsmoden, zu wechseln. In dem in 24 dargestellten Beispiel ist der Antennenschalter 2250 zwischen dem Duplexer 2210 und der Antenne 2310 positioniert; in anderen Beispielen kann der Duplexer 2210 jedoch zwischen dem Antennenschalter 2250 und der Antenne 2310 positioniert sein. In weiteren Beispielen können der Antennenschalter 2250 und der Duplexer 2210 in eine einzige Komponente integriert sein.
Das Frontend-Modul 2200' umfasst einen Sende-Empfänger 2230, der ausgebildet ist, um Signale für die Übertragung zu erzeugen oder empfangene Signale zu verarbeiten. Der Sende-Empfänger 2230 kann die Senderschaltung 2232, die mit dem Eingangsknoten 2214 des Duplexers 2210 verbunden sein kann, und die Empfängerschaltung 2234, die mit dem Ausgangsknoten 2216 des Duplexers 2210 verbunden sein kann, wie im Beispiel von 23 gezeigt ist, umfassen.
Signale, die für die Übertragung durch die Senderschaltung 2232 erzeugt werden, werden von einem Leistungsverstärker (PA)-Modul 2260 empfangen, das die erzeugten Signale vom Sende-Empfänger 2230 verstärkt. Das Leistungsverstärkermodul 2260 kann einen oder mehrere Leistungsverstärker umfassen. Das Leistungsverstärkermodul 2260 kann zur Verstärkung einer Mehrzahl von HF- oder anderen Frequenzbandübertragungssignalen verwendet werden. So kann beispielsweise das Leistungsverstärkermodul 2260 ein Freigabesignal empfangen, mit dem der Ausgang des Leistungsverstärkers gepulst werden kann, um die Übertragung eines WLAN-Signals (Wireless Local Area Network) oder eines anderen geeigneten gepulsten Signals zu unterstützen. Das Leistungsverstärkermodul 2260 kann ausgebildet sein, um jede beliebige Signalart zu verstärken, einschließlich beispielsweise eines GSM (Global System for Mobile Communication)-Signals, eines CDMA (Code Division Multiple Access)-Signals, eines W-CDMA-Signals, eines LTE (Long Term Evolution)-Signals oder eines EDGE-Signals. In bestimmten Ausführungsformen können das Leistungsverstärkermodul 2260 und die zugehörigen Komponenten einschließlich Schaltern und dergleichen auf Galliumarsenid-(GaAs)-Substraten hergestellt sein, beispielsweise unter Verwendung von Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (pHEMT) oder bipolaren Transistoren mit isoliertem Gate (BiFET), oder auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung von komplementären Metalloxid-Halbleiter-(CMOS)-Feldeffekttransistoren.
Das Frontend-Modul 2200' kann weiterhin ein rauscharmes Verstärkermodul 2270 umfassen, das Empfangssignale von der Antenne 2310 verstärkt und die verstärkten Signale an die Empfängerschaltung 2234 des Sende-Empfängers 2230 liefert.
Die Drahtlosvorrichtung 2300 von 24 umfasst weiterhin ein Power-Management-Subsystem 2320, das mit dem Sender-Empfänger 2230 verbunden ist und die Leistung für den Betrieb der Drahtlosvorrichtung 2300 verwaltet. Das Power-Management-System 2320 kann auch den Betrieb eines Basisband-Subsystems 2330 und verschiedener anderer Komponenten der Drahtlosvorrichtung 2300 steuern. Das Power-Management-System 2320 kann eine Batterie (nicht dargestellt) umfassen oder mit ihr verbunden sein, die die verschiedenen Komponenten der Drahtlosvorrichtung 2300 mit Strom versorgt. Das Power-Management-System 2320 kann weiterhin einen oder mehrere Prozessoren oder Steuerungen umfassen, die beispielsweise die Übertragung von Signalen steuern können. In einer Ausführungsform ist das Basisband-Subsystem 2330 mit einer Benutzerschnittstelle 2340 verbunden, um verschiedene Ein- und Ausgaben von Sprache und/oder Daten zu ermöglichen, die dem Benutzer zur Verfügung gestellt und von ihm empfangen werden. Das Basisband-Subsystem 2330 kann auch mit einem Speicher 2350 verbunden sein, der ausgebildet ist, um Daten und/oder Anweisungen zu speichern, um den Betrieb der Drahtlosvorrichtung zu erleichtern und/oder dem Benutzer die Speicherung von Informationen zu ermöglichen.
Nachdem oben mehrere Aspekte wenigstens einer Ausführungsform beschrieben wurden, wird der Fachmann auf einfache Weise eine Umsetzung verschiedener Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen bevorzugen. Solche Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen sollen Teil dieser Offenbarung sein und in den Anwendungsbereich der Erfindung fallen. Es ist zu beachten, dass sich die Ausführungsformen der hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen nicht auf die in der vorstehenden Beschreibung dargelegten oder in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränken. Die Verfahren und Vorrichtungen können in anderen Ausführungsformen umgesetzt und auf verschiedene Weise eingesetzt werden. Beispiele für spezifische Implementierungen sind hierin nur zur Veranschaulichung aufgeführt und sind nicht als Einschränkung gedacht. Ein oder mehrere Merkmale einer hierin offenbarten Ausführungsform können zu einem oder mehreren Merkmalen einer anderen Ausführungsform hinzugefügt oder durch diese ersetzt werden. Auch die hierin verwendeten Formulierungen und Bezeichnungen dienen der Beschreibung und sollten nicht als einschränkend angesehen werden. Die Verwendung von „einschließlich“, „umfassend“, „aufweisend“, „enthaltend“, „einbeziehend“ und Variationen davon soll die nachfolgend aufgeführten Merkmale und deren Äquivalente sowie zusätzliche Merkmale umfassen. Verweise auf „oder“ können als einschließend ausgelegt werden, so dass alle mit „oder“ beschriebenen Begriffe einen einzelnen, mehr als einen und alle beschriebenen Begriffe bezeichnen können. Alle Verweise auf Vorder- und Rückseite, links und rechts, oben und unten, obere und untere, sowie vertikal und horizontal sind aus Gründen der Übersichtlichkeit und nicht zur Beschränkung der vorliegenden Systeme und Verfahren oder ihrer Komponenten auf eine einzige positionelle oder räumliche Ausrichtung bestimmt. Dementsprechend sollen die vorstehende Beschreibung und Zeichnungen nur als Beispiel verstanden werden.

Claims

Elektronikvorrichtung, umfassend: einen ersten Akustische-Oberflächenwellen-(SAW)-Resonator (800) und einen zweiten SAW-Resonator (100), die jeweils verschachtelte Interdigitalwandler-(IDT)-Elektroden (105) umfassen, wobei der erste und zweite SAW-Resonator (800, 100) auf einem gleichen piezoelektrischen Substrat (110) ausgebildet sind, wobei der erste SAW-Resonator (800) IDT-Elektroden (105) mit einem anderen Fingerabstand als die IDT-Elektroden (105) des zweiten SAW-Resonators (100) aufweist; eine dielektrische Materialschicht (115), die auf den IDT-Elektroden (105) des ersten und zweiten SAW-Resonators (800, 100) angeordnet ist; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die innerhalb der dielektrischen Materialschicht (115) angeordnet ist, die auf den IDT-Elektroden des ersten SAW-Resonators (800) angeordnet ist, wobei dem zweiten SAW-Resonator (100) eine Hochgeschwindigkeitsschicht fehlt, die innerhalb der auf den IDT-Elektroden (105) angeordneten dielektrischen Materialschicht (115) angeordnet ist.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste SAW-Resonator (800) einen Scherwellen-Störmode mit einer Resonanzfrequenz oberhalb einer AntiResonanzfrequenz einer Rayleigh-Schwingungsmode des ersten SAW-Resonators (800) aufweist.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite SAW-Resonator (800, 100) elektrisch miteinander gekoppelt sind und in einem Abzweigfilter enthalten sind, der wenigstens einen Reihen-SAW-Resonator (S_i) umfasst, der elektrisch in Reihe zwischen einem Eingangsport (Port1) und einem Ausgangsport (Port2) des Abzweigfilters gekoppelt ist, und wenigstens einen Parallel-SAW-Resonator (P_i) umfasst, der elektrisch zwischen einem Anschluss des wenigstens einen Reihen-SAW-Resonators (S_i) und Masse verbunden ist.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Resonanzfrequenz der Scherwellen-Störmode bei einer Frequenz außerhalb eines Durchlassbandes des Abzweigfilters auftritt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Schnittwinkel des piezoelektrischen Substrats (110) und eine Dicke (h_SiO2) der dielektrischen Materialschicht (115) in Bezug auf den Fingerabstand (λ) des ersten SAW-Resonators (800) ausgewählt sind, um eine Intensität einer Scherwelle bei der Resonanzfrequenz der Scherwellen-Störmode zu minimieren.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die dielektrische Schicht (115) Siliziumdioxid umfasst.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht (805) ein oder mehrere Materialien aus Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Diamant umfasst.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die dielektrische Schicht (115) des ersten SAW-Resonators (800) durch die Hochgeschwindigkeitsschicht (805) in eine obere Schicht (115A) und eine untere Schicht (115B) aufgeteilt ist.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht (805) zwischen etwa 0% und etwa 40% der Dicke (T) des dielektrischen Materials (115) oberhalb der IDT-Elektroden (105) des ersten SAW-Resonators angeordnet ist.
Elektronikvorrichtung, umfassend: einen ersten Filter (f_i) und einen zweiten Filter (f_k), die jeweils Akustische-Oberflächenwellen (SAW) -Resonatoren (800, 100) umfassen, die auf einem gleichen piezoelektrischen Substrat (110) angeordnet sind, wobei der erste Filter (f_i) ein Durchlassband aufweist, das sich von einem Durchlassband des zweiten Filters (f_k) unterscheidet; einen dielektrischen Film (115), der die SAW-Resonatoren (800, 100) des ersten und zweiten Filters (f_k, f_i) bedeckt; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die innerhalb des dielektrischen Films (115) angeordnet ist und die SAW-Resonatoren (800) des ersten Filters (f_i) bedeckt, wobei der zweite Filter (f_k) einen oder mehrere erste SAW-Resonatoren (100) umfasst, denen die Hochgeschwindigkeitsschicht fehlt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der dielektrische Film (115), der wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, eine andere Dicke aufweist als der dielektrische Film (115), der wenigstens einen oder mehrere zweite SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 11, wobei eine normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, von der normalisierten Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt, verschieden ist.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die innerhalb des dielektrischen Films angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, eine gleiche Dicke aufweist wie die innerhalb des dielektrischen Films angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die innerhalb des dielektrischen Films angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, eine andere Dicke aufweist als die innerhalb des dielektrischen Films (115) angeordnete Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 14, wobei eine normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (fj) bedeckt, die gleiche ist wie die normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der dielektrische Film, der die SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, einen oberen Abschnitt (115A), der auf einer Oberseite der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) angeordnet ist, und einen unteren Abschnitt (115B), der zwischen einer Unterseite der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) und einer Oberseite von Interdigitalwandlerelektroden von wenigstens einem der zweiten SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) angeordnet ist, umfasst.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine Dicke des unteren Abschnitts (115B) des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, eine andere Dicke aufweist als der untere Abschnitt (115B) des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 17, wobei eine normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, die gleiche ist wie die normalisierte Höhe der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 18, wobei eine normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, verschieden ist von der normalisierten Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 16, wobei eine Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, eine andere Dicke aufweist als die Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), die den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), der den wenigstens einen der SAW-Resonatoren des ersten Filters (f_i) bedeckt, die gleiche ist wie die normalisierte Dicke der Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115), die den wenigstens einen der zweiten SAW-Resonatoren des zweiten Filters (f_k) bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 21, wobei wenigstens der erste Filter (f_i) oder der zweite Filter (f_k) ein Abzweigfilter ist, der eine Mehrzahl von Reihenresonatoren und eine Mehrzahl von Parallelresonatoren umfasst, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht (805) innerhalb des dielektrischen Films (115) angeordnet ist und wenigstens einen der Mehrzahl von Reihenresonatoren und wenigstens einen der Mehrzahl von Parallelresonatoren bedeckt.
Elektronikvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 22, wobei wenigstens der erste Filter (f_i) oder der zweite Filter (f_k) ein Multimode-SAW-Filter ist.
Elektronikvorrichtung nach Anspruch 23, wobei wenigstens der erste Filter (f_i) oder der zweite Filter (f_k) ein Dualmode-SAW-Filter ist.
Elektronikvorrichtungsmodul mit einer Elektronikvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24.
Elektronikvorrichtungsmodul nach Anspruch 25, wobei das Elektronikvorrichtungsmodul ein Hochfrequenz-Vorrichtungsmodul ist.
Akustische-Oberflächenwellen (SAW)-Resonator (800), umfassend: eine verschachtelte Interdigitalwandler (IDT)-Elektrode (105); eine dielektrische Materialschicht (115), die auf der IDT-Elektrode (105) des SAW-Resonators (800) angeordnet ist; und eine Hochgeschwindigkeitsschicht (805), die innerhalb der dielektrischen Materialschicht (115) angeordnet ist, die auf der IDT-Elektrode (105) des SAW-Resonators (800) angeordnet ist.
SAW-Resonator (800) nach Anspruch 27, wobei die Hochgeschwindigkeitsschicht (805) Abmessungen aufweist, die ausreichen, um zu bewirken, dass ein Temperaturkoeffizient der Frequenz einer Resonanzfrequenz des SAW-Resonators (800) näher an Null verschoben wird, verglichen mit einem im Wesentlichen ähnlichen SAW-Resonator, dem die Hochgeschwindigkeitsschicht fehlt.
SAW-Resonator (800) nach Anspruch 27 oder 28, wobei die IDT-Elektrode (105) einen Stapel von wenigstens zwei Schichten (105A, 105B) umfasst, wobei jede der Schichten ein anderes Material umfasst.